GaN-ZnO异质结发光二极管的性能调控(2)
结 论 29
致 谢 30
参考文献 31
1 绪论
LED的全称是发光二极管，即 LED的本质就是二极管，它具有二极管的特征，不过其核心性质还是它的发光特性。
20世纪60年代，GE和 IBM 联合实验室发现作为半导体发光材料的 GaAsP 制备的 LED
可以实现红光发射，这是 LED真正实现商业化应用的里程碑。但是在随后的十几年里，人们
都未能实现 LED的高效率发光。由于对半导体材料的认知程度有限，半导体的发展还比较缓
慢，因此还未发现能够激发蓝光的材料。此阶段极大地限制了 LED 的应用，所以未能普及，
多用在昂贵设备上。进入 90 年代，氮化物第三代宽禁带半导体异军突起，极大推动了改善
LED 发光效率的脚步。1993 年，日本日亚化学的中村利用 InGaN 研制了第一支蓝光 LED。
至此，LED可以发射可见光范围内所有的单色光，而且将发红、绿、蓝光的芯片进行封装处
理，各自分配相应的比例就可以实现白光 LED。LED体型小巧，点状、线状、面状的便携式
产品均可制作，不同颜色的光灵活组合，主要是白光 LED的实现，使得其充分发挥照明功用
成为可能。LED的应用已经融入我们的生活，如具有 7段数字显示器的计算器或钟表、道路
交通指挥显示器、光电遥控器等。如果用 LED全部替换使用中的白炽灯，可以节省下来的电
量足足和三峡全年的发电量不相上下，不仅如此，LED本身的材料也利于回收再利用，重金
属排放的污染问题将得到有效缓解。可以想见，本世纪将是以 LED 为代表的绿色照明器件大
展身手的时代。
当前，电光源是照明光源的主力。其中当以白炽灯为代表的传统光源和半导体照明光源
LED应用最为广泛[1]
。LED的特点有：节能，耗电量少；发光效率高；寿命长；灯具结构合
理，坚固耐用；单色性好且光色多；低压电源，安全性好；无须预热，快速响应等。另一方
面，LED本身也存在一些缺陷，如功率低、散热条件高、保护电路设计等，这也是亟待科学
家探讨和突破的难题。
1.1 LED概述
1.1.1 LED的原理与结构
LED的实质是 pn结，除了正向导通、击穿等特性外，它还具有发光性。当在pn结两端
加上正向偏压后，能带图见图 1.1，p区的空穴和n区的电子注入到对方区域成为少子，与多
子进行复合发光，一般来说发光主要来自 p区。 pn 结中 p 区和 n 区的形成主要靠扩散、离子注入和生长等方式实现。在 LED 的发展过
程中，曾经用离子注入 SiC 和实现了蓝光LED，扩散法制成了黄光、红光等 LED，生长法可
以制备超高亮度的 LED，如 GaAlAs、InGaAlP 等。LED 发射特定波长的光主要决定于所用半
导体的禁带宽度，表 1.1列举了常用半导体材料及其发光波长、强度等参数。
LED 的基本结构是将 LED 芯片置于导线架上，用透明环氧树脂封装四周以保护内部的
导线和芯片，从而将芯片通过电致发光发射的光线集中，照射到特定方向。它主要由楔形支
架、环氧树脂、晶片、金线等组成[2]
。LED芯片结构图如图 1.3所示。
1.1.2 LED 半导体材料的发展
硅、锗等材料是最先发展起来的半导体，一般将他们称为第一代半导体。相比之下，硅
元素半导体的生产较为成熟，已实现商业化应用，其制作的器件在高温下和在强辐射下的性
能更稳定，更可靠。20 世纪 90 年代以来，通讯领域取得巨大的进步，以锑化铟（InSb）、磷
化铟（InP）、砷化镓（GaAs）为代表的第二代化合物半导体对传统的硅基半导体产业产生了